最新のrf pcbデザインは、多くの重要なrfコンポーネントを使用します。これらの部品は、ボードが速く動作し、信号を強く安定した状態に保つのに役立ちます。アンテナは電磁気信号を送受信しますを使用します。これは、システムがどこまで到達できるかにとって重要です。フィルターはあなたが望まない特定の周波数帯域とブロック信号を選びます。アンプ弱い信号をより強くして、使いやすくします。インピーダンスマッチング回路アンテナフィードライン、低ノイズアンプ、およびパワーディバイダで非常に重要です。これらのrfコンポーネントは、高速rf pcbの主要部分です。慎重なpcbレイアウトは、各部分がうまく機能することを確認します。エンジニアは、問題を止め、rf pcbをより良く機能させるために、良いpcbレイアウトに一生懸命取り組んでいます。

ヒント: 良いPCBレイアウトと適切な場所にrfコンポーネントを配置することで、信号損失を防ぎ、ボードの動作を改善できます。

重要なポイント

• アンプ、フィルター、アンテナなどの適切なRF部品を選択します。これにより、PCB設計で信号が強く明確になります。

• 低誘電率と損失のPCB材料を使用してください。これらは、信号が高周波数でより速く、より低い信号損失を動かすのを助ける。

• 注意してあなたのPCBレイアウトを作る。インピーダンスを一致させ、トレースを短く保ち、部品を近づけます。これは、低ノイズおよび信号損失を助ける。

• 固体の接地面とシールドを使用します。これらは干渉をブロックし、RF信号を清潔で安定した状態に保ちます。

• シミュレーションと設計ソフトウェアを使用して、最初にRF PCBをテストします。これは時間を節約し、高価な間違いを避けるのに役立ちます。

RFコンポーネントの概要

アクティブコンポーネント

アクティブなrfコンポーネントはrf pcbデザインで非常に重要です。これらの部品は働くために外からの力を必要とします。それらは、RF回路基板上の信号を変化させ、ブーストし、切り替える。主なアクティブ部分は、アンプ、低ノイズアンプ (LNA) 、ミキサー、および発振器です。

アンプは弱い信号を強くするので、rf回路基板はそれらを使用できます。LNAは信号対雑音比をより良くするのを助けますレシーバーパスの開始時にミキサーは信号周波数を変更します。これは、ワイヤレスシステムで信号を送受信するのに役立ちます。発振器は、タイミングまたは搬送波として機能する安定した信号を生成します。これらのアクティブなrfコンポーネントは、高周波rfの使用で信号を送受信するために必要です。

パッシブコンポーネント

パッシブrfコンポーネントは働くために力を必要としません。彼らは抵抗器, コンデンサ、およびインダクタを使用します。これらの部品は信号を形作り、他のrfコンポーネントがより良く働くのを助けます。

抵抗器は電流を制御し、バイアスポイントを設定し、ノイズの管理に役立ちますRf回路デザインで。コンデンサはエネルギーを蓄え、DCをブロックしますが、AC信号を通過させます。また、ノイズをフィルタリングし、回路の調整に役立ちます。インダクタは磁界にエネルギーを蓄え、高周波信号をブロックします。これはフィルタリングとチューニングにとって重要です。高周波回路では、エンジニアは寄生値が低く、公差が厳しいパッシブ部品を選択する必要があります。これは信号を強く保ち、rf pcbの損失を下げます。

注: パッシブrfコンポーネントを選択する場合、エンジニアは周波数応答、インピーダンス整合、およびESRやESLなどの寄生要素を確認する必要があります。0402のような小さなパッケージサイズ、助け不要なインダクタンスを下げ、rf回路基板をより良く動作させます。

フィルターと共振器

フィルタと共振器は正しい周波数を選び、悪い信号をブロックします。Rf回路基板をノイズや干渉から解放します。フィルターは抵抗、コンデンサ、インダクタを使用します一部の周波数のみを通過させます。共振器、空洞またはセラミックタイプのような、信号を安定させ、電磁干渉を低く保つのに役立ちます。

フィルタと共振器は、ワイヤレスシステム、レーダー、およびナビゲーションデバイスで使用されます。それらは信号をきれいにそして安定した保つことによってrf回路設計を助けます。これは高周波rfの仕事のために非常に重要です。

アッテネータとサーキュレータ

アッテネータとサーキュレータは、信号レベルとrf回路基板上の流れを制御します。アッテネータは信号を弱くするパッシブパーツですを使用します。それらは歪みを止め、インピーダンス整合をより良くするのを助ける。エンジニアは、ゲインを制御し、rf pcbレイアウトのノイズの問題を回避するためにそれらを使用します。

サーキュレータは特別なフェライト装置ですそれは一方向に信号を送ります。それらは望ましくない反射およびより低い干渉を止める。これはよく動く信号を保ち、敏感なrfの部品を保護します。サーキュレーターは、信号品質が重要な複雑なrf回路基板のレイアウトで重要です。

パワースプリッタとコンバイナー

パワースプリッターとコンバイナーは、rf pcb設計全体で信号を共有します。ウィルキンソン仕切りは一般的なタイプです。それらは、1つの入力信号を等しい電力と位相の2つ以上の出力に分割します。これにより、信号のバランスが保たれ、損失が低減されます。

• ウィルキンソンスプリッターは、挿入損失が低く、出力間の分離が良好です。

• それらは位相を同じに保ちます。これはフェーズドアレイアンテナと通信システムにとって重要です。

• チェックする重要なことは、挿入損失、分離、位相バランス、および電力処理です。

スプリッタとコンバイナをrf回路基板に追加するとき、エンジニアは選択する必要があります安定した誘電特性を持つ材料を使用します。これにより、信号が均等に共有され、特に高周波rfの使用で損失が減少します。

アンテナ

アンテナは電磁波を送り、得ます。彼らは外の世界にrf回路基板を接続します。選択したアンテナは、信号範囲、方向、およびシステムの動作を変更します。

アンテナの選択は、周波数、ボードサイズ、コスト、および方向に依存します必要があります。良好なアンテナ配置とマッチングネットワークは、信号を強く、干渉を少なくするのに役立ちます。Rf pcbの設計では、エンジニアはアンテナを騒々しい部品から遠ざけ、最良の結果を得るためにレイアウト規則に従う必要があります。

RF PCB材料

高周波ラミネート

エンジニアは、迅速に作業する必要があるrf pcb設計用の特別なpcb基板材料を選択します。高周波ラミネートは、電気的特性を安定させ、信号損失を低く保ちます。これらの材料は信号が速い回路で強くとどまるのを助けます。以下の表は、人気のある高周波ラミネートを示しています、それらの誘電特性、およびそれらが使用される場所。

RogersからのもののようなPTFEベースのラミネートは、持っています非常に低い損失の正接そして熱をよく扱うことができます。これらの機能により、高速で高周波のrf pcbデザインに最適です。一般的なPCB基板材料であるFR4は、誘電率と損失正接が高いため、2.5GHzを超えるとうまく機能しません。

材料選択のヒント

正しいPCB基板材料を選ぶことは、高速rf pcb性能にとって非常に重要です。エンジニアは材料を求めます低誘電体定数と低散逸率を使用します。これらの特徴は、信号の動きをより速く、より低い信号損失を助ける。ここに考えるべきことがいくつかあります:

• より良い信号速度のために、誘電率 (Dk) は4未満でなければならない。

• 信号損失を低くするために、散逸率 (Df) は0.005未満であるべきである。

• 挿入損失は、導体損失、誘電損失、放射線損失、および漏れ損失に起因します。

• ワーピングを止めるには、熱膨張係数 (CTE) が混合スタックアップで一致する必要があります。

• 高い熱伝導率は熱を取り除くのに役立ちます。

• 誘電体の厚さはインピーダンスと信号強度を変えます。

• 材料の異方性と環境は電気的特性を変える可能性があります。

• 製造の互換性により、PCB基板の材料がドリル、ラミネーション、およびメッキで機能することが保証されます。

材料の選択は、ボードの作成がいかに簡単でコストにも影響しますを使用します。PTFEやその他の高速材料は非常にうまく機能しますが、作るのが難しく、コストが高くなります。複数の材料を使用すると、高周波PCB設計のコストとパフォーマンスのバランスをとることができます。

信号整合性への影響

The PCB基板材料の誘電率は、信号の移動速度を変化させますRf pcbを通して。たとえば、FR4の誘電率は約4であり、PTFEやセラミック材料よりも信号が遅くなります。高速信号は、反射と信号損失を止めるために安定した誘電特性を必要とします。高周波ラミネートは、温度や周波数が変化しても誘電体を一定に保ち、信号を強く保つのに役立ちます。

損失の正接も重要です。FR4には損失タンジェント約0.020が、高周波ラミネートは0.004に近い値を有する。損失正接が低いということは、高周波数での信号損失が少ないことを意味します。速いデザインは、多くの水を吸収せず、熱を処理できる材料でより良くなります。PCB基板材料に基づく制御されたインピーダンスルーティングは、反射を停止し、高速rfpcb設計で信号を強力に保つために必要です。

RF PCBデザインの必需品

インピーダンスマッチング

インピーダンスマッチングは、rf pcbデザインで非常に重要です。エンジニアは、rfトレースのインピーダンスをソースとロードに一致させます。これは信号の反射およびパワー損失を止めるのを助けます。良好なインピーダンス整合は、信号を強く明確に保ちます。これは、高速rf pcb回路に必要です。

一般的なインピーダンス整合方法は次のとおりです。

• 集中型素子マッチングは、別々のインダクタとコンデンサを使用します。Lネットワークは単純な変更に適しています。パイネットワークはより多くのオプションを提供し、信号をフィルタリングすることもできます。

• 伝送ラインマッチングの使用四分の一波変圧器とスタブマッチングを使用します。これらは、より高い周波数で最もよく働く。

• スミスチャートを使用すると、エンジニアは複雑なインピーダンスを確認できます。それは彼らが正しいマッチング部分を選ぶのを助けます。

• Advanced Design System (ADS) 、CST Studio Suite、Ansys HFSSなどのシミュレーションソフトウェアは、エンジニアがrf pcbを作成する前にインピーダンス整合を確認するのに役立ちます。

エンジニアは、インピーダンスを制御するためにマイクロストリップとストリップラインの伝送ラインを使用することがよくあります。安定した状態を保つ50オームのインピーダンスRf pcbデザインでは標準です。これはより低い反射を助け、パワー伝達をより良くする。エンジニアは、高速デジタル信号にも終端抵抗を使用します。これらは、インピーダンスとより低い反射を一致させるのに役立ちます。

ヒント: 常に電圧スタンディングウェーブ比 (VS WR) とリターンロスを確認してください。低VSWRと高リターンロスは、インピーダンス整合が向上し、信号反射が少ないことを意味します。

伝送ライン

伝送ラインは、rf pcbを横切ってrf信号を移動させる。最も一般的なタイプは、マイクロストリップ、ストリップライン、および同一平面導波路です。各タイプは、さまざまな方法で信号品質を変更します。

マイクロストリップラインは表面にありますRf pcbの。彼らは作り、テストするのは簡単です。しかし、高周波数でより多くの信号を失う可能性があります。ストリップラインは、ボード内の2つの地上面の間を走っています。これにより、より良い遮蔽とより安定したインピーダンスが得られる。エンジニアは、一般的なrf pcb作業にマイクロストリップを使用します。彼らは、高速またはノイズに敏感なデザインにストリップラインを使用します。

コプラナー導波路構造もインピーダンスの制御に役立ちます。それらはクロストークを下げることができます。エンジニアは、周波数、ノイズのニーズ、およびコストに基づいて適切な伝送ラインを選択します。

注: rfトレースをできるだけ短くしてください。短いトレースは信号損失を減らし、不要な結合を減らします。

スタックアップとトレースデザイン

スタックアップとトレースの設計は、信号がrf pcbを移動する方法に影響します。優れたスタックアップの選択は、インピーダンスの制御とクロストークの低下に役立ちます。それらはまた信号の完全性をより良くする。

スタックアップとトレースデザインのベストプラクティスは次のとおりです。

1. 低損失の誘電体材料を使用する2.2から3.5までの誘電体定数を使用します。高速回路での信号損失を減らすには、散逸係数を0.005未満に保ちます。

2. 地上面を信号層の真下に置きます。これにより、明確なリターンパスが得られ、2.4GHzでクロストークを最大30% 削減できます。

3. 誘電体の厚さを安定させてください。小さな変化でさえ、インピーダンスを数オームシフトさせることができる。

4. スタックアップを対称にします。対称性はボードのワーピングを停止し、インピーダンスを安定させます。

5. Rfトレースでは、鋭い90度のベンドを使用しないでください。45度または湾曲したトレースを使用して、信号の反射を下げます。

6. トランジションを介して使用する回数は少なくなります。バイアが多すぎると、特に3 GHzを超えるとインピーダンスが変化する可能性があります。

7. ボードを作成する前に、シミュレーションツールを使用してインピーダンスと信号品質をチェックします。

8. パワーと地上の飛行機を近づけてください。小さなギャップは面間容量を増加させ、電源ノイズを低下させます。

コールアウト: グローバルグランドプレーンの使用や反射面の配置など、PCB設計ルールに従うことで、信号を強く保ち、ノイズを低減できます。

エンジニアは、rfトレースをノイズの多いデジタル回路から遠ざけるために、rfレイアウトルールに従う必要もあります。良好なrfルーティングとrf相互接続の注意深い配置は、不要な結合と信号損失を阻止するのに役立ちます。これらのPCBレイアウトのヒントに従うことにより、エンジニアは、高速で高周波の使用でうまく機能する信頼性の高いrf回路基板を作成できます。

接地とシールド

地上機

グランドプレーンは、あらゆるRF PCBの重要な部分です。エンジニアは、固体接地面を使用して、信号に低抵抗で戻る経路を与えます。これはノイズを減らすのを助け、電磁干渉をたくさんブロックします、20 dBまでを使用します。彼らは多くの地上のビアを速い部品の近くに置きます。これらのビアは、戻り経路抵抗を1オーム未満にする。これはノイズを低く保つ。星の接地は、ある時点でさまざまなグラウンドスポットをリンクします。これにより、ノイズがボードセクション間を移動するのを防ぎます。ボードが奇妙な形状をしている場合、グランドプレーンはそれを密接に一致させる必要があります。グランドプレーンを分割する必要がある場合、エンジニアは高周波信号が交差する場所にステッチングビアまたはコンデンサを追加します。彼らはまた置く各パワーピンの近くのデカップリングコンデンサを使用します。これにより、グラウンドバウンスが低下し、電圧が安定します。優れた接地面は、ボードの信頼性を向上させ、信号を明確に保ちます。

シールド技術

シールドは、RF回路を外部ノイズから安全に保ちます。エンジニアはシールドのために異なる材料を選び、それぞれに独自の良い点があります。

シールドはから作ることができます板金、金属フォーム、またはメッシュスクリーンを使用します。シールドには、特定の信号をブロックするための穴またはメッシュがある場合があります。エンジニアは、デバイスのニーズに合わせて最高の素材と形状を選択します。シールドは、電磁干渉を阻止するために、医療、軍事、および銀行システムで非常に重要です。

隔離戦略

隔離はRF信号をきれいに保ちますクロストークと干渉を止めることによって。エンジニアは、RFトレースをデジタルまたは高速信号から遠ざけます。彼らは地上面を分割して、RFエリアをデジタルまたは電源部品から離します。敏感な部分の周りのガードリングRFトレースの近くのフェンスを介して分離に役立ちます。ボードまたは部品レベルでのシールドもRF信号を内部に保持します。これらのステップは不要なカップリングを停止し、ボードがうまく機能するのに役立ちます。良好な分離は、ボードが電磁ルールを満たし、高周波設計で信号を明確に保つのに役立ちます。

熱と電力の管理

熱放散

ハイパワーRF PCB部品は働くとき非常に熱くなることができます。熱を取り除くことは、これらの部品を安全に保ち、うまく機能させるために重要です。エンジニアは、RF PCBのホットスポットから熱を遠ざけるためにさまざまな方法を使用します。

エンジニアはまた、熱が消えるのを助けるためにヒートシンクと特別なパッドを使用します。アルミバック付きのもののようなメタルコアPCB、通常のFR-4ボードよりもクールです。一部のボードでは、ファンを使用して非常に高温のシステムを冷却します。エンジニアは、最終的なボードを作成する前に、コンピューターツールとカメラを使用してホットスポットを見つけます。

ヒント: 優れた熱制御は、部品の長持ちを助け、RF信号を安定させます。

配電

RF PCB上の電力の動きは、それがどれだけうまく機能するかを変えます。エンジニアは力が安定していることを確認するためにいくつかの簡単な規則に従います:

• パワーと地上の飛行機ちょうど力のために電圧を安定させ、騒音を切って下さい。

• アクティブ部品の近くでコンデンサをデカップリング電圧スパイクを停止し、信号をきれいに保ちます。

• 広い銅の痕跡そしてよい道は抵抗を下げ、過熱を止めます。

• 熱ビアとヒートシンククールなパワーパーツを助けます。

• 良い計画と接地低ノイズと信号を強く保ちます。

• ボードを作成する前のコンピューターチェックは、電源の問題を早期に見つけるのに役立ちます。

正しいボード素材を選ぶことも重要です。熱をうまく動かし、信号をほとんど失うボードはうまく機能します。エンジニアは、ノイズを止めるために、アナログとデジタルの接地面を離しておくことがよくあります。これらのステップは、RF PCBがうまく機能し、厳しい場所でも長持ちするのに役立ちます。

RF PCBにおけるコンポーネントの配置

配置ベストプラクティス

エンジニアは、単純なPCBレイアウトルールを使用して、信号損失とノイズを防ぎます。それらはrfのサーキットボードがよく働くのを助けるためにこれらのステップに続きます:

1. 高周波部品を近くに置きます。これは保つ短いトレースを使用します。短いトレースは、信号が強いままで、入力インピーダンスを安定に保つのに役立ちます。

2. 同じ仕事をする部分をグループ化します。これにより、ルーティングが容易になり、電磁干渉が減少します。

3. すべての部品、特にICと偏光部品が同じように直面していることを確認してください。これは、ボードをまとめるときに間違いを止めるのに役立ちます。

4. 部品間とボードの端から十分なスペースを残します。端からの部品および100ミルの間の少なくとも40ミルショートパンツを止め、ルーティングを容易にします。

5. デジタル、アナログ、RF、および電源の部品を離してください。これはクロストークを止め、信号をきれいに保つ。

6. 使用する固体地面平面RFの部品の下。これは良好な戻り経路を与え、ノイズを低下させる。

ヒント: 同様の部品を組み合わせると、熱がなくなるのにも役立ちます。これは、rf回路基板を安定に保つ。

寄生虫の最小化

寄生効果は、どのPCBレイアウトでも信号を悪化させる可能性があります。エンジニアはこれらの方法を使用して、不要な影響を低く抑えます。

• トレースで鋭い90度の曲がりを使用しないでください。滑らかな曲線は、信号を強く保つのに役立ちます。

• トレースを短く、まっすぐに、滑らかに保ちますを使用します。これは、寄生インダクタンスおよびキャパシタンスを低下させる。

• 高周波トレースでできる限り少ないビアを使用するを使用します。各ビアは、望ましくないインダクタンスおよびキャパシタンスを付加する。

• 重要な信号を最上位レイヤーに配置します。これは、より低い寄生効果を助ける。

• RFトレースの下でクリーンでしっかりした地上リターンパスを保持します。地上のビアは、地面を強く保つのに役立ちます。

• 敏感なRF信号をデジタルトレースから離してノイズを止めてください。

しっかりした接地面と注意深い部品の配置は、ノイズを減らし、信号を強く保つのに役立ちます。PCBの設計ルールに従うと、寄生効果が低くなります。

デジタル回路との統合

同じPCBレイアウトでデジタル部品とRF部品を混在させるには、慎重な計画が必要です。エンジニアは、クロストークを停止するためにデジタル領域とRF領域を離します。地上面を使用して、RF信号をデジタルノイズから保護します。電源ピンの近くのデカップリングコンデンサは、電圧スパイクをフィルタリングし、信号をクリーンに保ちます。トレース間の十分なスペース、トレース幅の少なくとも3倍、クロストークを止めるのに役立ちます。敏感な部品を銅の注ぎやガードトレースでシールドすると、外部のノイズから保護されます。混合信号ボードのPCB設計ルールに従うことで、信号を強く、ボードの信頼性を保つことができます。

RF PCBデザインのツール

デザインソフトウェア

エンジニアは特別なコンピュータプログラムを使用してRF PCBを作成します。これらのプログラムは、回路を描画し、適切な場所に部品を配置するのに役立ちます。ソフトウェアは、すべてが正しく接続されているかどうかをチェックします。優れた設計ソフトウェアは作業をより速くし、間違いを止めるのに役立ちます。多くのプログラムにはRF部品のリストがあり、ボードを3Dで表示します。人気のあるプログラムには、Altium Designer、Cadence Allegro、Mentor GraphicesXpeditionなどがあります。これらのツールにより、エンジニアは回路を描画し、レイアウトを変更し、エラーをチェックできます。また、チームが互いにファイルを共有できるようにします。これらのプログラムを使用すると、エンジニアがボードを作成する前に問題を見つけて修正するのに役立ちます。

ヒント: RFパーツリストとシミュレーションツールを使用してソフトウェアを選択すると、時間が節約され、問題が発生するのに役立ちます。

シミュレーションとテスト

シミュレーションおよびテストツールは、エンジニアがRF PCB設計を作成する前に確認するのに役立ちます。これらのツールは、信号がボード上でどのように動き、作用するかを示します。エンジニアはそれらを使用して、弱い信号、クロストーク、インピーダンスの不一致などの問題を見つけます。Keysight Advanced Design System (ADS)RFおよびマイクロ波PCBシミュレーションのためのトップツールです。信号強度、電力、および3D電磁効果をチェックします。ADSは、高周波設計に必要な高調波バランスや非線形モデリングなどの特別なテストを実行できます。

エンジニアは、Ansys SIwave、Cadence Sigrity、およびMentor GraphicsHyperLynxも使用します。これらのツールは、信号と電力の強さ、電磁ノイズ、および熱の問題をチェックします。AnsysのAltium Designerは、小さなチームに適しています。以下の表は、最も使用されているシミュレーションおよびテストツールの一部を示しています:

ボードを作成する前に、エンジニアはこれらのテストを実行して、すべてが機能することを確認します。このステップは、高価な間違いを止めるのに役立ち、RF PCBがうまく機能することを確認します。

RFコンポーネントを選択、配置、および組み合わせることで、RF PCBが適切に機能します。エンジニアは、スマートなステップを使用して、ボードをより良く、より信頼性の高いものにします。

• ジョブに適した機能を備えたパーツを選択します。

• ノイズを止め、信号を強く保つのに役立つスポットに部品を入れます。

• ボードを作る前に、コンピューターツールでデザインを試してください。

ヒント: オンラインクラスをチェックしたり、企業のガイドを読んだり、技術フォーラムに参加したりすることで、RF PCB設計の詳細を知ることができます。

よくある質問

初心者にとって最も重要なRFコンポーネントは何ですか?

アンプが重要です。彼らは弱い信号をより強くします。初心者は、アンプがどのように機能するか、そしてRF回路で信号強度が重要である理由を学ぶ必要があります。

PCB材料はRF性能にどのように影響しますか?

PCB素材は信号の動きを変えます。損失が少なく、絶縁体が安定している材料は、信号を強く保ちます。エンジニアは、高周波設計のためにPTFEやRogersのような材料を選びます。

なぜエンジニアはRF PCBで接地面を使用するのですか?

地上機は信号に安全な経路を与えます。彼らはノイズを下げ、干渉をブロックします。頑丈な接地面は、ボードの動作を改善し、信号を明確に保ちます。

デジタル回路とRF回路は同じPCBを共有できますか?

はい、しかしエンジニアはそれらを離します。彼らは地上面とシールドを使用して騒音を止めます。慎重なレイアウトは、デジタル部品とRF部品の両方が一緒にうまく機能するのに役立ちます。

RF PCBデザインのテストに役立つツールは何ですか?

エンジニアは、Keysight ADSやAnsysSIwaveなどのシミュレーションソフトウェアを使用します。これらのツールは、ボードを作成する前に信号強度、インピーダンス、およびノイズをチェックします。